Присадочный материал на основе алюминия, легированный редкоземельными металлами

Изобретение может быть использовано при изготовлении присадочных материалов для сварки алюминиевых сплавов, в частности сварных конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Li. Присадочный материал содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: медь 5,0-12,0, цирконий 0,1-0,2, титан 0,1-0,2, скандий 0,2-0,5, марганец 0,2-0,3, серебро 0,6-1,0, неодим 0,1-0,2, гафний 0,1-0,4, церий 0,05-0,15, диспрозий 0,1-0,2, иттрий 0,1-0,2, алюминий - остальное. Техническим результатом изобретения является снижение склонности к образованию горячих трещин, повышение прочности и ударной вязкости сварных соединений из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Li. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе алюминия, предназначенных для применения в сварных конструкциях в виде сварочной проволоки.

Известен сплав на основе алюминия (ГОСТ 7871-75 «Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов»), содержащий медь, марганец, цирконий, ванадий, титан, алюминий при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Медь 6,0-6,8
Марганец 0,2-0,4
Цирконий 0,1-0,25
Ванадий 0,05-0,15
Титан 0,1-0,2
Алюминий остальное

Недостатки данного сплава заключаются в том, что:

- применение данного сплава в качестве присадочного материала (Св1201) для сварки алюминиевых сплавов системы Al-Cu не позволяет получить удовлетворительной трещиностойкости;

- критическая скорость деформации (Vкр) сварного соединения, при которой возникают горячие трещины, для высокопрочного сплава В-1469 системы Al-Cu-Li меньше чем 0,6 мм/мин, то есть свариваемость таких сплавов является неудовлетворительной и изготовить сварные конструкции из них не представляется возможным.

Известен также сплав (присадка Св1217) на основе алюминия (Авторское свидетельство СССР №1600176, опубл. 20.12.1996, В23К 35/28), содержащий олово или висмут, медь, марганец, цирконий, ванадий, титан, скандий, алюминий, хром, бериллий при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Медь 7,5-12,0
Цирконий 0,1-0,25
Ванадий 0,05-0,15
Титан 0,05-0,15
Скандий 0,07-0,7
Олово или Висмут 0,01-0,05
Хром 0,01-0,2
Бериллий 0,0001-0,0008
Алюминий остальное

При соблюдении соотношения Sc+Sn (или Bi)+Cr=0,2-0,8.

Недостатки данного сплава заключаются в том, что:

- использование данного сплава в качестве присадочного материала для сварки высокопрочных алюминий - литиевых сплавов типа В-1469, В-1461 не предотвращает образования горячих трещин, при этом Vкр составляет 1,5 мм/мин;

- прочность и ударная вязкость сварного соединения недостаточно высоки.

Наиболее близким к предлагаемому сплаву по технической сущности и достигаемому эффекту является сплав на основе алюминия (Патент RU 2210613, опубл. 20.08.2003, С22С 21/12), принятый за прототип, содержащий медь, титан, скандий, марганец, серебро, неодим, лантан, ванадий, алюминий при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Медь 7,5-12,0
Титан 0,05-0,2
Скандий 0,1-0,3
Марганец 0,1-0,4
Серебро 0,3-0,5
Неодим 0,1-0,5
Лантан 0,1-0,25
Ванадий 0,02-0,15
Алюминий остальное

Причем ∑Sc+Nd+La≤0,4-0,6.

Недостатки данного сплава заключаются в том, что:

- использование сплава прототипа в качестве присадочного материала для сварки высокопрочных алюминий-литиевых сплавов типа В-1469, В-1461 недостаточно снижает склонность к образованию горячих трещин, при этом Vкр составляет 2,1 мм/мин, а прочность сварных соединений сплава В-1469 находится на уровне 0,6-0,65 от прочности основного металла.

Технической задачей изобретения является получение присадочного материала для сварки высокопрочных алюминиевых сплавов, легированного редкоземельными металлами.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение склонности к образованию горячих трещин, повышение прочности и ударной вязкости сварных соединений из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Li, выполненных с применением алюминиевого сплава в качестве присадочного материала.

Для достижения поставленного технического результата предлагается присадочный материал для сварки алюминиевых сплавов, содержащий медь, марганец, титан, скандий и серебро, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий и, по крайней мере, три компонента из группы, содержащей гафний, неодим, церий, диспрозий, иттрий, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Медь 5,0-12,0
Цирконий 0,1-0,2
Титан 0,1-0,2
Скандий 0,2-0,5
Марганец 0,2-0,3
Серебро 0,6-1,0
Неодим 0,1-0,2
Гафний 0,1-0,4
Церий 0,05-0,15
Диспрозий 0,1-0,2
Иттрий 0,1-0,2
Алюминий остальное

Присадочный материал по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание скандия, неодима и гафния не более 0,5 мас. %.

Присадочный материал по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание скандия, церия, диспрозия и иттрия не более 0,5 мас. %.

Изделие, выполненное из заявленного присадочного материала, изготавливается в виде проволоки.

При проведении исследований установлено, что при заявленном содержании и соотношении компонентов скандия, гафния, неодима в предлагаемом сплаве образуются вторичные выделения дисперсных частиц интерметаллидов Al-РЗМ (редкоземельный металл), которые непосредственно упрочняют сварной шов. Образуется мелкозернистая, не дендритная структура металла шва и зоны сплавления за счет присутствия большого числа центров кристаллизации, что обеспечивает повышение значений ударной вязкости и прочности сварного соединения.

Введение в присадочный материал скандия, церия, диспрозия и иттрия приводит к сужению температурного интервала хрупкости металла сварного шва, что вызывает повышение трещиностойкости сварных соединений при сварке присадочным материалом данного состава.

Введение в присадочный материал переходного металла - циркония, расположенного в начале периода и имеющего сильно недостроенную d-оболочку приводит к значительному модифицирующему эффекту металла сварного шва, улучшает свариваемость алюминиевых сплавов, так как измельчает не только твердый раствор, но и интерметаллидные соединения, образующиеся при кристаллизации.

Повышенное содержание серебра оказывает положительное влияние на структуру границ зерен при кристаллизации шва, что приводит к повышению ударной вязкости и коррозионной стойкости сварного соединения.

Легирование присадочного материала РЗМ свыше 1,0% снижает технологичность при производстве проволоки, а также приводит к появлению грубых интерметаллидных включений в металле шва и потере его пластичности.

Применение данного сплава в качестве присадочного материала для сварки высокопрочных алюминиевых сплавов систем Al-Cu-Li позволяет повысить значения трещиностойкости, прочности и ударной вязкости сварного соединения. Изделия из этого сплава и сварные конструкции из сплавов В-1469, где он применяется в качестве присадочного материала, обладают повышенной надежностью и работоспособностью.

Примеры конкретного осуществления

В лабораторных условиях были выплавлены сплавы, состав которых приведен в табл. 1. Слитки размером ⌀70×300 мм после гомогенизации и механической обработки на размер ⌀60×250 мм подвергались горячему прессованию на прутки диаметром 6 мм. Затем проводилось волочение с промежуточными отжигами до получения нагартованной проволоки диаметром 2 мм.

Свойства присадочных материалов оценивались при сварке листов сплава В-1469, толщиной 2,5 мм. Склонность к образованию горячих трещин при сварке определялась по методике МГТУ им. Н.Э. Баумана на установке ЛТП-1-6 с принудительной поперечной растягивающей деформацией образцов в процессе сварки. Аргонодуговую сварку образцов для механических испытаний проводили на автомате АДСВ-7 с исследуемыми присадочными материалами. Режим сварки Iсв=120А, Vсв=20 м/ч.

Приведенные в табл. 2 механические свойства сварных соединений показывают, что применение предлагаемого сплава в качестве присадочного материала для сварки высокопрочного алюминиевого сплава В-1469 позволяет в два раза повысить показатели трещиностойкости, уровень прочности сварных соединений на 10%, а ударной вязкости на 20-30%.

До настоящего времени сплавы системы Al-Cu-Li относились к трудно свариваемым материалам. Применение предлагаемого сплава в качестве присадочного материала позволит использовать его для изготовления сварных конструкций из высокопрочных Al-Cu-Li сплавов вместо клепаных и болтовых. Это даст возможность повысить эксплуатационную надежность и долговечность конструкций авиакосмической техники, снизить трудоемкость изготовления и вес на 10-15%.

1. Присадочный материал для сварки алюминиевых сплавов, содержащий медь, марганец, титан, скандий и серебро, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий и, по крайней мере, три компонента из группы, содержащей гафний, неодим, церий, диспрозий, иттрий, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Медь 5,0-12,0
Цирконий 0,1-0,2
Титан 0,1-0,2
Скандий 0,2-0,5
Марганец 0,2-0,3
Серебро 0,6-1,0
Неодим 0,1-0,2
Гафний 0,1-0,4
Церий 0,05-0,15
Диспрозий 0,1-0,2
Иттрий 0,1-0,2
Алюминий остальное

2. Присадочный материал по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание скандия, неодима и гафния составляет не более 0,5 мас. %.

3. Присадочный материал по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание скандия, церия, диспрозия и иттрия составляет не более 0,5 мас. %.

4. Изделие в виде проволоки, отличающееся тем, что оно выполнено из присадочного материала по п. 1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям из алюминиево-литиевых сплавов 2ххх, которые не чувствительны к наклепу. Изделие из алюминиевого сплава, полученное обработкой давлением, содержит, вес.%: от 2,75 до 5,0 Cu, от 0,2 до 0,8 Mg, причем значение отношения меди к магнию (Cu/Mg) составляет от 8,0 до 16, от 0,1 до 1,10 Li, от 0,30 до 2,0 Ag, от 0,40 до 1,5 Zn, ≤1,0 Mn и остальное - Al и примеси.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 5-13, медь 1-13,5, цинк 2-10, никель 0,5-4,5, олово 0,1-0,3, по меньшей мере один элемент из группы, включающей стронций 0,001-0,2, натрий 0,001-0,2, титан 0,001-0,1, ванадий 0,001-0,2, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, бериллий 0,001-0,1, алюминий остальное.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения порошка квазикристаллического материала системы Al-Cu-Fe включает перемешивание порошков алюминия, меди и железа при соотношении компонентов, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава системы Al-Cu-Fe, нагрев полученной смеси в камере в бескислородной атмосфере с последующим измельчением спека до получения порошка заданной дисперсности.

Изобретение относится к массивным изделиям из деформируемого алюминиевого сплава серии 2ххх. Изделие из алюминиевого сплава, полученное обработкой давлением и имеющее конечную толщину по меньшей мере 25,4 мм, выполнено из алюминиевого сплава, содержащего, в вес.%: от 3,00 до 3,80 Cu, от 0,05 до 0,35 Mg, от 0,975 до 1,385 Li, причем -0,3×Mg-0,15Cu+1,65≤Li≤-0,3×Mg-0,15Cu+1,85, от 0,05 до 0,20 Zr, от 0,20 до 0,50 Zn, от 0,10 до 0,50 Mn, вплоть до 0,12 Si, вплоть до 0,15 Fe, вплоть до 0,15 Ti, вплоть до 0,05 любой примеси, при сумме примесей, не превышающей 0,15, остальное - алюминий.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 8-13, медь 0,1-10, германий 1,5-8, железо 0,5-3, хром 0,1-2,1, марганец 0,5-3, кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, стронций 0,001-0,2, бериллий 0,001-0,1, титан 0,001-0,1, натрий 0,001-0,2 и ванадий 0,001-0,2, алюминий остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым наноструктурным сплавам на основе алюминия, содержащим медь и марганец, и может быть использовано для получения изделий, работающих при повышенных температурах.
Изобретение относится к области металлургии сплавов, в частности деформируемых термически упрочняемых алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mg-Ag, предназначенных для использования в качестве высокопрочных конструкционных материалов в авиационно-космической промышленности.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным сплавам пониженной плотности с повышенной вязкостью разрушения на основе системы алюминий-медь-литий, и может быть использовано для изготовления элементов конструкций в авиакосмической промышленности, таких как лонжероны, балки, шпангоуты и т.д.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокоресурсным деформируемым термически упрочняемым свариваемым алюминиевым сплавам пониженной плотности с высокими характеристиками вязкости разрушения и прочности, в частности системы Al - Cu - Li, используемым в качестве конструкционных материалов в изделиях авиакосмической техники.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 5-13, медь 1-13,5, цинк 2-10, никель 0,5-4,5, олово 0,1-0,3, по меньшей мере один элемент из группы, включающей стронций 0,001-0,2, натрий 0,001-0,2, титан 0,001-0,1, ванадий 0,001-0,2, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, бериллий 0,001-0,1, алюминий остальное.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 8-13, медь 0,1-10, германий 1,5-8, железо 0,5-3, хром 0,1-2,1, марганец 0,5-3, кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, стронций 0,001-0,2, бериллий 0,001-0,1, титан 0,001-0,1, натрий 0,001-0,2 и ванадий 0,001-0,2, алюминий остальное.

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в паяных конструкциях. Деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций содержит, мас.

Изобретение относится к способу изготовления многослойного материала для высокотемпературной пайки и может быть использовано, например, для изготовления тонких листов в теплообменниках.

Изобретения могут быть использованы при пайке титановых соединений, в частности, в автомобильной, авиационной промышленности, приборостроении. Припой для пайки титана и его сплавов выполнен в виде сплава на основе алюминия, содержащего, вес.%: Cu 6,0-9,0; Ti≤1,0; Ni 1,0-2,0; Al - остальное.
Изобретение относится к листовому припою из многослойного алюминиевого сплава и может быть использовано при изготовлении теплообменников. Листовой припой из многослойного алюминиевого сплава, состоящий из: материала основного слоя, который на одной или двух сторонах имеет промежуточный слой, состоящий из Al-Si твердого припоя, расположенного между основным слоем и тонким покрывающим слоем поверх промежуточного слоя.
Изобретение может быть использовано для пайки и лужения деталей в ювелирной промышленности, электронике, электротехнике и приборостроении. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: серебро 64,5-65,5; медь 19,5-20,5; индий 3-5; цинк остальное.
Изобретение относится к пайке диффузионно-твердеющими припоями на основе галлия и может быть использовано для получения неразъемных соединений разнородных материалов, в частности для низкотемпературной бесфлюсовой пайки керамики с металлами.

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия, в частности к сварочным материалам, предназначено для изготовления сварочной проволоки для сварки плавлением конструкций из деформируемого термически неупрочняемого сплава системы Al-Mg-Sc.
Наверх